无线传能装置及系统的制作方法

1.本发明涉及一种无线传能装置及系统，尤指一种用于无线充电的无线传能装置及系统。


背景技术：

2.目前移动设备(如手机或无线耳机等等)已有应用无线充电系统来充电，现有的无线充电系统包括能量接收端的移动设备以及能量发送端的无线充电板，在移动设备以及无线充电板中各设有对应的充电线圈以进行无线充电。
3.然而，在现有的无线充电系统中必须将移动设备精确地放置在无线充电板上的固定位置，否则移动设备的充电线圈无法与无线充电板的充电线圈成功配对，而导致无法进行充电。因此，如何提供一种不需精准放置也能进行无线充电的无线传能装置及系统，遂成为业界亟待解决的课题。


技术实现要素：

4.解决前述现有技术的种种问题，本发明的一目的，即在于提供一种不需精准放置也能进行无线充电的无线传能装置及系统。
5.为了达到前述目的，本发明的无线传能装置包括基板、馈线层以及介质谐振组件。馈线层形成于基板上，且馈线层形成有信号馈入部及天线部，其中，信号馈入部用以导入传能信号并由天线部激发传能信号。介质谐振组件设置于馈线层上，介质谐振组件覆盖于天线部。
6.在本发明的一实施例中，基板的透光率在50％至95％之间。
7.在本发明的一实施例中，馈线层的透光率在50％至95％之间。
8.在本发明的一实施例中，介质谐振组件的透光率在50％至95％之间。
9.在本发明的一实施例中，基板由玻璃、水晶玻璃或压克力材质所构成。
10.在本发明的一实施例中，馈线层由金属网格、ito、石墨稀薄膜或薄金属溅镀材质所构成。
11.在本发明的一实施例中，介质谐振组件由玻璃、水晶玻璃或压克力材质所构成。
12.在本发明的一实施例中，信号馈入部还包括第一开槽及第二开槽，第一开槽及第二开槽形成相互对称的结构。
13.在本发明的一实施例中，天线部还包括第三开槽及第四开槽，第三开槽及第四开槽形成相互对称的结构。
14.在本发明的一实施例中，第一开槽、第二开槽、第三开槽及第四开槽为矩形结构，且第一开槽与第三开槽为正交，第二开槽与第四开槽为正交。
15.在本发明的一实施例中，介质谐振组件为立方体、长方体、圆柱体、半圆柱体、空心长方体或空心圆柱。
16.在本发明的一实施例中，介质谐振组件与馈线层的接触包围区域为矩形或圆形。
17.在本发明的一实施例中，第一开槽及第二开槽的天线部实质上对应于介质谐振组件与馈线层的接触包围区域的中心位置。
18.在本发明的一实施例中，介质谐振组件的介电常数在2至10之间。
19.本发明还提供一种无线传能系统，包括：本发明的实施例中任一实施例所述的无线传能装置；以及电源供应装置，与信号馈入部耦接，用以发送传能信号至信号馈入部。
20.在本发明的一实施例中，无线传能系统还包括：能量接收装置，与无线传能装置耦接，并通过无线传能装置所产生的电磁场进行充电。
21.相较于现有技术，本发明的无线传能装置通过在馈线层上形成信号馈入部及天线部以构成共面波导(cpw,coplanar waveguide)，用以导入传能信号并激发产生电磁场，并进一步通过介质谐振组件调整电场辐射增益场型，使增益较高的区域集中位于基板的上方空间，因此只要将能量接收装置放置于无线传能装置上方即可进行无线充电，不需要如现有技术将线圈配对。除此之外，基板的基板及馈线层、介质谐振组件皆可由透光材质所构成，除了较为美观外对于外型设计也有很大的弹性。
附图说明
22.图1为本发明第一实施例的无线传能装置的结构示意图。
23.图2为本发明第二实施例的无线传能装置的平面视示意图。
24.图3为一般共面波导的天线辐射增益场型示意图。
25.图4为具有介质谐振组件的共面波导的天线辐射增益场型示意图。
26.图5为本发明第三实施例的无线传能系统的结构示意图。
27.符号说明：
[0028]1ꢀꢀꢀꢀ
无线传能装置
[0029]
10
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基板
[0030]
11
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馈线层
[0031]
110
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信号馈入部
[0032]
110a 第一开槽
[0033]
110b 第二开槽
[0034]
111
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天线部
[0035]
111a 第三开槽
[0036]
111b 第四开槽
[0037]
12
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介质谐振组件
[0038]2ꢀꢀꢀꢀ
电源供应装置
[0039]3ꢀꢀꢀꢀ
能量接收装置
[0040]aꢀꢀꢀꢀ
角度
具体实施方式
[0041]
以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。
[0042]
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「内」、「外」、「底」及「一」等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴，合先叙明。
[0043]
请参阅图1，图1为本发明第一实施例的无线传能装置的结构示意图。如图所示，本发明的无线传能装置1包括基板10、馈线层11以及介质谐振组件12。馈线层11形成于基板10上，且馈线层11相对于基板10而言较薄。馈线层11形成有信号馈入部110及天线部111(分别以虚线圈示)，其中，信号馈入部110用以导入传能信号并由天线部111激发该传能信号。
[0044]
介质谐振组件12设置于馈线层11上，在本实施例中介质谐振组件12为长方体，在其他实施例中介质谐振组件12可以是其他形状。介质谐振组件12覆盖于第一开槽110及第二开槽111的天线部110b、111b，同时也可覆盖部分的镂空部110a、111a。
[0045]
在一实施例中，基板10上除了形成有馈线层11外，还可包括用于黏合用的黏合胶或黏合层(如光学胶或oca胶)，以及用于保护作用的保护层(如pet/pi)、uv胶等等，但不以此为限。
[0046]
在一实施例中，馈线层11由导电材质所构成，且在信号馈入部110及天线部111的区域(可包括周边)为电性作用区，以形成共面波导。信号馈入部110的一端设置于馈线层11边缘，信号馈入部110用以导入传能信号并由天线部111激发该传能信号，以产生电磁场。在进一步的实施例中，馈线层11中信号馈入部110及天线部111以外的区域可做为非电性作用区。
[0047]
请参阅图2，图2为本发明第二实施例的无线传能装置的平面视示意图。在一实施例中，信号馈入部110还可包括第一开槽110a及第二开槽110b，第一开槽110a及第二开槽110b形成相互对称的结构。
[0048]
在本发明的一实施例中，天线部111还可包括第三开槽111a及第四开槽111b，第三开槽111a及第四开槽111b形成相互对称的结构。
[0049]
在一实施例中，第一开槽110a、第二开槽110b、第三开槽111a及第四开槽111b为矩形结构，但不以此为限。第一开槽110a与第三开槽111a为正交，第二开槽110b与第四开槽111b为正交。第一开槽110a、第二开槽110b、第三开槽111a及第四开槽111b可藉由凿空或蚀刻馈线层11的方式形成，且传能信号是由第一开槽110a、第二开槽110b、第三开槽111a及第四开槽111b边缘可导电的馈线层11传递。
[0050]
虽然在相同面积下，第一开槽110a与第三开槽111a相交的角度a为90度时有较佳的效果，但在其他的实施例中，第一开槽110a与第三开槽111a相交的角度a也可以是0度到180度之间的任意角度。因相互对称，第二开槽110b与第四开槽111b相交的角度等于a。
[0051]
在一实施例中，天线部111的第三开槽111a及第四开槽111b的长度可根据导波长来调整。
[0052]
在一实施例中，介质谐振组件12还可以是立方体、长方体、圆柱体、半圆柱体、空心长方体或空心圆柱，但不以此为限。图2中的介质谐振组件12为实心圆柱体(仅显示上方的
平面视图)，介质谐振组件12与馈线层11形成的共面波导进一步形成介质谐振天线，可产生te11型态的电磁场并增强辐射增益，使增益较高的区域集中位于基板10的上方空间，因此只要将能量接收装置放置于本发明的无线传能装置1上方即可进行无线充电，且能量接收装置摆放的角度不受限制，还可同时对复数个能量接收装置进行充电。
[0053]
在一实施例中，介质谐振组件12与馈线层11的接触包围区域为矩形(当介质谐振组件12为立方体、长方体、半圆柱体、空心长方体等等)或圆形(当介质谐振组件12为圆柱体、空心圆柱等等)。
[0054]
在一实施例中，天线部111实质上对应于介质谐振组件12与馈线层11的接触包围区域的中心位置，如此可获得较佳的辐射增益。
[0055]
请参阅图3，图3为一般共面波导的天线辐射增益场型示意图。如图所示，一般共面波导(如本发明的具有信号馈入部110及天线部111的馈线层11所形成的共面波导)若未具有介质谐振组件，则其天线辐射增益场型增益较高的区域分散位于基板的上下两侧的空间，且增益较低(于此实施例中，max＝0.2db)。
[0056]
请参阅图4，图4为具有介质谐振组件的共面波导的天线辐射增益场型示意图。如图所示，若在图3的共面波导的基板上方加上介质谐振组件(如本发明的介质谐振组件12)，则其天线辐射增益场型增益较高的区域集中位于基板的上方的空间，且增益较高(于此实施例中，max＝5.6db)。因此，只要将能量接收装置大致放置于增益较高的区域中即可进行无线充电，在使用上较具有弹性及便利性。
[0057]
在一实施例中，基板10的透光率可在50％至95％之间。馈线层11的透光率可在50％至95％之间。介质谐振组件12的透光率可在50％至95％之间。基板10、馈线层11、介质谐振结构12的透光率可以是相同或不相同，本发明于此不作限制。透光率在50％至95％之间的设计较为美观外，对于外型设计也有很大的弹性。此外，若配合无线传能装置1的电源装置为使用光电转换的装置，则透光设计也不会遮蔽光源。
[0058]
在一实施例中，基板10由玻璃、水晶玻璃或压克力材质所构成，但不以此为限。
[0059]
在一实施例中，馈线层11由金属网格、ito、石墨稀薄膜或薄金属溅镀材质所构成，方阻小于2ohm的材质较佳，但不以此为限。金属网格可例如奈米银线或铜线，为使馈线层11在整体视觉上的透光程度维持一致，不同区域(如电性作用区与非电性作用区)的金属网格可采用不同间距。
[0060]
在一实施例中，介质谐振组件12由玻璃、水晶玻璃或压克力材质所构成，但不以此为限。此外，介质谐振组件12的介电常数可在2至10之间，但不以此为限。由于材质的介电常数会影响介质谐振组件12的厚度，在此介电常数范围内的材质厚度及透光率较佳。
[0061]
请参阅图5，图5为本发明第三实施例的无线传能系统的结构示意图。本发明还提供一种无线传能系统，包括：本发明的实施例中任一实施例所述的无线传能装置1以及电源供应装置2。电源供应装置2与第一开槽110及第二开槽111的镂空部110a、111a耦接，用以供应无线传能装置1运作所需的电源。
[0062]
在一实施例中，无线传能系统还包括能量接收装置3。能量接收装置3与无线传能装置1耦接，并通过无线传能装置1所产生的电磁场进行充电，无线传能装置1与能量接收装置3之间不必要通过电线或其他导电材料进行有线连接，且能量接收装置3摆放的角度不受限制，还可同时对复数个能量接收装置3进行充电。
[0063]
在一实施例中，电源供应装置2可包括射频信号源(rf system)以及功率放大器(pa)等组件，能量接收装置3可以是手机、遥控器或穿戴装置等等，但不以此为限。能量接收装置3还可包括整流器(rectifiers)、充电电路(boost charger)以及电池等组件。
[0064]
综上所述，本发明的无线传能装置通过在馈线层上形成信号馈入部及天线部以构成共面波导(cpw,coplanar waveguide)，用以导入传能信号并激发产生电磁场，并进一步通过介质谐振组件调整电场辐射增益场型，使增益较高的区域集中位于基板的上方空间，因此只要将能量接收装置放置于无线传能装置上方即可进行无线充电，不需要如现有技术将线圈配对。除此之外，基板的基板及馈线层、介质谐振组件皆可由透光材质所构成，除了较为美观外对于外型设计也有很大的弹性。
[0065]
藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如权利要求书所列。